Calculateur stripline asymétrique (offset) couplé aux bords
Calculez l'impédance différentielle et en mode commun pour une paire couplée aux bords et décentrée entre deux plans de référence, ce qui est le cas habituel dans un empilement asymétrique.
Formule
Référence: S. B. Cohn, IRE Trans. MTT-3 (1955) for the centred case; offset correction fitted to the committed solver in src/lib/pcb/__tests__/solver.
Comment ça marche
La plupart des paires différentielles ne sont pas centrées entre leurs plans de référence. Une paire située sur une couche de signal interne comporte généralement un mince préimprégné sur un plan et un noyau plus épais sur l'autre, et cette asymétrie déplace l'impédance d'un niveau supérieur à la tolérance maintenue par le fabricant.
Le boîtier de décalage n'a pas de forme fermée exacte, ce calculateur est donc construit comme une base exacte avec une correction en haut. La base est le rapport de couplage centré exact appliqué à la ligne unique décalée, deux grandeurs déjà connues. Cette décomposition ne tient pas compte d'une correction résiduelle, et cette correction a été adaptée à un solveur de champs bidimensionnel basé sur la méthode des moments utilisé conjointement avec le calculateur.
La propriété importante de la correction est qu'elle disparaît de façon identique lorsque les deux hauteurs diélectriques sont égales. Cela signifie que la réduction au cas symétrique exact est due à la construction plutôt qu'au hasard : définissez h¹ = h₂ et cette calculatrice renvoie la réponse du calculateur symétrique au dernier chiffre, et pas simplement à une tolérance comprise.
Le décalage de la paire la rapproche d'un plan, ce qui augmente la capacité de ce plan et réduit l'impédance de chaque mode. L'effet n'est pas subtil. Le déplacement d'une paire du centre à un quart de l'espacement du plan réduit généralement l'impédance différentielle de 10 à 20 %. C'est pourquoi traiter une paire de décalages comme étant centrée est une méthode courante pour une carte à impédance contrôlée de revenir hors spécifications.
Le résidu du modèle par rapport au solveur est de 1,85 % dans le pire des cas pour une impédance de mode et 0,44 % rms, sur des largeurs de trace comprises entre 0,05 et 0,8 de l'espacement des plans, des espacements de 0,05 à 1,0 et un écart plus proche compris entre 0,125 et 0,5 de l'espacement des plans. En dehors de cette plage, le résultat est toujours renvoyé, mais il est marqué comme extrapolé.
Exemple Résolu
Prenez une paire de 0,13 mm sur un espacement de 0,2 mm, située à 0,2 mm au-dessus du plan inférieur et à 0,5 mm en dessous du plan supérieur, 1 oz de cuivre, FR4 à r = 4,2.
L'espacement total des plans est de 0,7 mm et le rapport de décalage |h¹ − h₂|/ (h¹ + h₂) est de 0,4286 — la paire est bien décentrée.
La trace unique seule dans cette position de décalage a une impédance de 59,44 Ω. Avec son partenaire à 0,2 mm de distance, les modes apparaissent à :
Z_impair = 51,51 Ω, Z_pair = 66,70 Ω Z_diff = 2 × 51,51 = 103,02 Ω Z_commun = 66,70/2 = 33,35 Ω
Maintenant, c'est la comparaison qui compte. Centrez la même paire entre les mêmes plans (0,35 mm de chaque côté) et l'impédance différentielle augmente. Le décalage coûte une impédance réelle, et il la coûte dans la direction qu'une conception de 100 Ω ne peut pas absorber si elle se trouvait déjà au bas de la tolérance.
Le délai de propagation est de 6,836 ps/mm, comme n'importe quelle stripline de ce diélectrique, car le milieu est homogène quel que soit l'endroit où se trouvent les traces.
Conseils Pratiques
- ✓Exécutez d'abord le cas centré comme référence, puis appliquez le décalage réel. La différence entre les deux réside dans le nombre à prendre pour un examen cumulatif.
- ✓Si le décalage est important et que la cible d'impédance est étroite, demandez si la paire peut passer à une couche plus équilibrée avant d'ajuster la largeur et l'espacement pour compenser.
- ✓Vérifiez l'indicateur d'extrapolation avant de vous fier à un nombre. Les espaces extérieurs très fins, en particulier, se situent en dehors de la plage de montage.
- ✓Une paire de décalages est également asymétrique dans son couplage aux deux plans, de sorte que les discontinuités liées au référencement des plans sont plus importantes ; conservez une référence continue sur l'ensemble de l'itinéraire.
- ✓Lorsque les deux hauteurs sont presque égales, utilisez le calculateur symétrique : la réponse est exacte plutôt qu'ajustée, il n'y a donc aucun résidu.
- ✓Comparez l'impédance en mode impair à la valeur d'une seule trace pour voir dans quelle mesure le résultat est un couplage et dans quelle mesure un placement est obtenu.
Erreurs Fréquentes
- ✗Calculer la moyenne des deux hauteurs diélectriques et utiliser le calculateur symétrique. La relation n'étant pas linéaire dans le décalage, la moyenne donne une mauvaise réponse dans la direction qui flatte le dessin.
- ✗Prendre les hauteurs à partir du dessin plutôt qu'à partir de l'empilage réel du fabricant. L'épaisseur du préimprégné après laminage n'est pas celle indiquée sur la fiche technique, mais la valeur construite qui définit l'impédance.
- ✗Ignorer quel avion est le plus proche. Le modèle est symétrique lorsque l'on permute les deux hauteurs, de sorte que seul le décalage compte, mais si vous confondez les deux lors de la lecture d'un empilement, vous obtenez un décalage totalement erroné.
- ✗Traiter le drapeau d'extrapolation comme cosmétique. En dehors de la plage validée, le modèle n'a pas de précision déclarée, et un ajustement en dehors de la géométrie sur laquelle il a été ajusté n'est pas un calcul, c'est une supposition.
- ✗Oublier que l'épaisseur du cuivre se situe à l'intérieur de la distance plan-plan. Les hauteurs diélectriques sont mesurées à partir des faces en cuivre et non à partir de l'axe central de la couche.
Foire Aux Questions
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